RU2659114C2 - Heat pump operation method - Google Patents
Heat pump operation method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659114C2 RU2659114C2 RU2016131790A RU2016131790A RU2659114C2 RU 2659114 C2 RU2659114 C2 RU 2659114C2 RU 2016131790 A RU2016131790 A RU 2016131790A RU 2016131790 A RU2016131790 A RU 2016131790A RU 2659114 C2 RU2659114 C2 RU 2659114C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- temperature
- compressor
- ammonia
- circulating water
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 65
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000004887 air purification Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 10
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/02—Heat pumps of the compression type
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
- Compressor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано при разработке блоков комплексной очистки воздуха, применяемых в воздухоразделительных установках.The invention relates to cryogenic technology and can be used in the development of integrated air purification units used in air separation plants.
Известен источник информации: статья «Возможность использования теплового насоса в воздухоразделительных установках для нагрева регенерирующего газа» (журнал «Химическое и нефтегазовое машиностроение», 2011, №12, стр. 19-22), принят за прототип, из которого известен способ работы теплового насоса, в котором используется низкопотенциальная теплота воды, нагреваемая в процессе охлаждения воздуха после его сжатия в компрессоре воздухоразделительной установки, которая затем переводится на более высокий температурный уровень в тепловом насосе путем нагрева до требуемого значения температуры газа, идущего на регенерацию адсорбента в блоке комплексной очистки воздуха.The source of information is known: the article “The Possibility of Using a Heat Pump in Air Separation Units for Heating Regenerative Gas” (Chemical and Oil and Gas Engineering, 2011, No. 12, p. 19-22), adopted as a prototype, from which the method of operation of a heat pump is known in which low-grade heat of water is used, which is heated in the process of air cooling after its compression in the compressor of the air separation unit, which is then transferred to a higher temperature level in the heat pump e by heating to the required temperature of the gas going to the regeneration of the adsorbent in the complex air purification unit.
В данном способе работы теплового насоса нагрев регенерирующего газа осуществляется в предконденсаторе за счет охлаждения несколько выше состояния насыщения аммиака, предварительно сжатого до необходимого давления в компрессоре. Далее в конденсаторе происходит частичное ожижение аммиака, после которого в первом отделителе жидкости поток аммиака разделяется на жидкость и пар. Жидкость далее дросселируется до давления и температуры в испарителе, а пар поступает в детандер, где расширяется до давления и температуры в испарителе с образованием парожидкостной смеси. Во втором отделителе жидкости парожидкостная смесь аммиака разделяется на жидкость и пар. Жидкость после второго отделителя смешивается с потоком аммиака после дросселя и поступает в испаритель, а пар смешивается с потоком аммиака после испарителя. В испарителе за счет низкопотенциальной теплоты оборотной воды с температурой 313 К происходит полное испарение аммиака при температуре 303 К и давлении 1,133 МПа, после чего поток аммиака поступает на всасывание в компрессор.In this method of operating a heat pump, the regenerating gas is heated in the pre-condenser due to cooling slightly above the saturation state of ammonia, previously compressed to the required pressure in the compressor. Further, a partial liquefaction of ammonia takes place in the condenser, after which the ammonia stream in the first liquid separator is separated into liquid and vapor. The liquid is then throttled to pressure and temperature in the evaporator, and steam enters the expander, where it expands to pressure and temperature in the evaporator with the formation of a vapor-liquid mixture. In the second liquid separator, the vapor-liquid mixture of ammonia is separated into liquid and vapor. The liquid after the second separator is mixed with the ammonia stream after the choke and enters the evaporator, and the vapor is mixed with the ammonia stream after the evaporator. In the evaporator, due to the low-potential heat of the circulating water with a temperature of 313 K, complete evaporation of ammonia occurs at a temperature of 303 K and a pressure of 1.133 MPa, after which the ammonia stream is sucked into the compressor.
Такой способ работы теплового насоса имеет ряд недостатков: низкая надежность схемы из-за использования сложного детандерного агрегата с движущимися частями, работающего в парожидкостной области аммиака; недостаточно полное использование низкопотенциальной теплоты оборотной воды, что вынуждает вести процесс при более низком давлении всасывания аммиака в компрессоре (но сохраняя тем же самым выходное давление нагнетания), и соответственно, при более высоком значении работы сжатия в компрессоре, необходимость применения в схеме двух отделителей жидкости из-за частичной конденсации аммиака (примерно на половину) в конденсаторе и детандере.This method of operation of the heat pump has several disadvantages: low reliability of the circuit due to the use of a complex expander unit with moving parts, operating in the vapor-liquid region of ammonia; insufficient use of the low potential heat of the circulating water, which forces the process to be carried out at a lower ammonia suction pressure in the compressor (but keeping the discharge pressure at the same time), and accordingly, at a higher value of the compression work in the compressor, the need to use two liquid separators in the circuit due to the partial condensation of ammonia (about half) in the capacitor and expander.
Цель изобретения - упрощение способа работы теплового насоса, повышение эффективности использования низкопотенциальной теплоты оборотной воды, уменьшение работы сжатия аммиачного компрессора.The purpose of the invention is to simplify the method of operation of a heat pump, increase the efficiency of using low-grade heat of circulating water, reduce the compression work of an ammonia compressor.
Технический результат изобретения - повышение надежности теплового насоса.The technical result of the invention is improving the reliability of the heat pump.
Технический результат достигается тем, что способ работы теплового насоса, использующего низкопотенциальную теплоту воды, которая нагревается в процессе охлаждения воздуха после его сжатия в компрессоре и переводится на более высокий температурный уровень в тепловом насосе путем нагрева до требуемого значения температуры газа, идущего на регенерацию адсорбента в блоке комплексной очистки воздуха, нагрев регенерирующего газа до требуемых значений температуры осуществляется в предконденсаторе за счет охлаждения хладагента-аммиака от температуры сжатия до температуры конденсации, конденсация хладагента осуществляется за счет нагрева одной части потока воды, охлаждающей воздух после компрессора, в результате чего вода нагревается от 313 К до 371 К, после смешения основной части исходного потока воды с температурой 313 К с потоком воды, нагретым до 371 К, средняя температура потока воды, поступающего в испаритель становится равной 319 К, повышая температуру кипения аммиака до 309 К, при этом давление паров составляет 1,383 МПа.The technical result is achieved by the fact that the method of operation of a heat pump using low-grade heat of water, which is heated in the process of cooling the air after it is compressed in the compressor and is transferred to a higher temperature level in the heat pump by heating to the required temperature of the gas used to regenerate the adsorbent in integrated air purification unit, the regenerating gas is heated to the required temperature values in the pre-condenser by cooling the ammonia refrigerant o t is the compression temperature to the condensation temperature, the refrigerant is condensed by heating one part of the water stream cooling the air after the compressor, as a result of which the water is heated from 313 K to 371 K, after mixing the main part of the initial water stream with a temperature of 313 K with a water stream, heated to 371 K, the average temperature of the water flow entering the evaporator becomes 319 K, increasing the boiling point of ammonia to 309 K, while the vapor pressure is 1.383 MPa.
Предлагается способ работы теплового насоса на основе парокомпрессионного цикла аммиака, в котором эффективнее используется низкопотенциальная теплота оборотной воды.A method for operating a heat pump based on the vapor compression cycle of ammonia is proposed, in which the low-potential heat of the circulating water is used more efficiently.
Функционирование такого теплового насоса осуществляется следующим образом.The operation of such a heat pump is as follows.
После сжатия в компрессоре аммиак поступает в предконденсатор, где охлаждаясь до линии насыщения, нагревает до требуемой температуры регенерирующий газ, идущий далее в блок комплексной очистки воздуха. Из предконденсатора аммиак далее поступает в конденсатор, где полностью ожижается за счет нагрева оборотной воды низкопотенциальной теплоты, которая имеет температуру 313 К на выходе из основного компрессора воздухоразделительной установки.After compression in the compressor, ammonia enters the pre-condenser, where, cooling to the saturation line, the regenerating gas is heated to the required temperature, which goes further to the complex air purification unit. From the pre-condenser, ammonia then goes to the condenser, where it is completely liquefied by heating the circulating water of low potential heat, which has a temperature of 313 K at the outlet of the main compressor of the air separation unit.
При этом расход оборотной воды, поступающей в конденсатор, выбирается таким, чтобы на выходе из конденсатора температура оборотной воды была на три градуса меньше температуры конденсации аммиака, то есть составляла величину порядка 371 К. Поскольку эта температура существенно больше 313 К (температура оборотной воды после охлаждения компрессора), то нагретая в конденсаторе оборотная вода направляется на смешение с основной частью потока оборотной воды, который поступает в испаритель аммиака сразу после компрессора воздухоразделительной установки. Такое смешение позволяет повысить температуру оборотной воды перед испарителем 319 К, что делает возможным увеличить параметры кипения аммиака: температуру - с 303 до 309 К, а давление паров - с 1,133 до 1,383 МПа относительно прототипа. В итоге это позволяет снизить работу сжатия в аммиачном компрессоре примерно до 10 процентов. Это следует из отношения работ изотермического сжатия в аммиачном компрессоре для прототипа и предлагаемого теплового насоса, которые функционируют при одном и том же удельном расходе аммиака и сжимают аммиак до одного и того же давления, но имеют разные температуры и давления входа. Для этого используем формулу для работы изотермического сжатия, (см. Справочник по физико-техническим основам криогеники/ Под ред. М.П. Малкова. М.: Энергоатомиздат, 1985 г. - 434 с. (стр. 26)).In this case, the flow rate of the circulating water entering the condenser is selected so that the circulating water temperature at the outlet of the condenser is three degrees lower than the condensation temperature of ammonia, i.e., it is of the order of 371 K. Since this temperature is significantly greater than 313 K (the circulating water temperature after cooling of the compressor), the circulating water heated in the condenser is sent to mix with the main part of the circulating water flow, which enters the ammonia evaporator immediately after the air separation compressor Settings. This mixing allows to increase the temperature of the circulating water in front of the evaporator 319 K, which makes it possible to increase the boiling parameters of ammonia: temperature - from 303 to 309 K, and vapor pressure - from 1,133 to 1,383 MPa relative to the prototype. In the end, this reduces the compression work in the ammonia compressor to about 10 percent. This follows from the relationship of isothermal compression work in the ammonia compressor for the prototype and the proposed heat pump, which operate at the same specific ammonia flow rate and compress ammonia to the same pressure, but have different inlet temperatures and pressures. To do this, we use the formula for isothermal compression, (see Handbook of the Physicotechnical Foundations of Cryogenics / Edited by MP Malkov. M: Energoatomizdat, 1985 - 434 pp. (P. 26)).
После конденсатора жидкий аммиак расширяется в дроссельном вентиле до давления 1,383 МПа и температуры 309 К и далее направляется в испаритель аммиака. В испарителе за счет теплоты оборотной воды аммиак полностью испаряется и поступает обратно на вход компрессора.After the condenser, liquid ammonia expands in a throttle valve to a pressure of 1.383 MPa and a temperature of 309 K and then goes to an ammonia evaporator. In the evaporator, due to the heat of the circulating water, ammonia completely evaporates and is fed back to the compressor inlet.
После испарителя аммиака оборотная вода с температурой порядка 311 К, смешиваясь с основным циркулирующим потоком оборотной воды, поступает снова в воздухоразделительную установку для осуществления соответствующих технологических процессов, оборотная вода возвращается на вход теплового насоса с температурой 313 К после охлаждения основного компрессора воздухоразделительной установки.After the ammonia evaporator, circulating water with a temperature of the order of 311 K, mixed with the main circulating stream of circulating water, enters again into the air separation unit for the implementation of the corresponding technological processes, circulating water returns to the inlet of the heat pump with a temperature of 313 K after cooling the main compressor of the air separation unit.
Таким образом, предложенный способ работы теплового насоса для блоков комплексной очистки воздуха позволяет повысить надежность теплового насоса.Thus, the proposed method of operation of a heat pump for integrated air treatment units can improve the reliability of the heat pump.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016131790A RU2659114C2 (en) | 2016-08-02 | 2016-08-02 | Heat pump operation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016131790A RU2659114C2 (en) | 2016-08-02 | 2016-08-02 | Heat pump operation method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016131790A RU2016131790A (en) | 2018-02-07 |
| RU2659114C2 true RU2659114C2 (en) | 2018-06-28 |
Family
ID=61174201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016131790A RU2659114C2 (en) | 2016-08-02 | 2016-08-02 | Heat pump operation method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2659114C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU771417A2 (en) * | 1978-04-05 | 1980-10-15 | Северо-Кавказское Отделение Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Холодильной Промышленности | Refrigerating installation heat pump |
| WO2001022011A1 (en) * | 1999-09-24 | 2001-03-29 | Peter Forrest Thompson | Heat pump fluid heating system |
| US6467303B2 (en) * | 1999-12-23 | 2002-10-22 | James Ross | Hot discharge gas desuperheater |
| US6739139B1 (en) * | 2003-05-29 | 2004-05-25 | Fred D. Solomon | Heat pump system |
| UA88723C2 (en) * | 2008-03-17 | 2009-11-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью «В.Д.Е. - Украина» | Multipurpose heat pump and method of its operation |
| RU106727U1 (en) * | 2011-02-24 | 2011-07-20 | Андрей Николаевич Нечаев | HEAT PUMP |
-
2016
- 2016-08-02 RU RU2016131790A patent/RU2659114C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU771417A2 (en) * | 1978-04-05 | 1980-10-15 | Северо-Кавказское Отделение Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Холодильной Промышленности | Refrigerating installation heat pump |
| WO2001022011A1 (en) * | 1999-09-24 | 2001-03-29 | Peter Forrest Thompson | Heat pump fluid heating system |
| US6467303B2 (en) * | 1999-12-23 | 2002-10-22 | James Ross | Hot discharge gas desuperheater |
| US6739139B1 (en) * | 2003-05-29 | 2004-05-25 | Fred D. Solomon | Heat pump system |
| UA88723C2 (en) * | 2008-03-17 | 2009-11-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью «В.Д.Е. - Украина» | Multipurpose heat pump and method of its operation |
| RU106727U1 (en) * | 2011-02-24 | 2011-07-20 | Андрей Николаевич Нечаев | HEAT PUMP |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016131790A (en) | 2018-02-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8056356B2 (en) | Refrigerating plant | |
| US9897363B2 (en) | Transcritical carbon dioxide refrigeration system with multiple ejectors | |
| US8667797B2 (en) | Organic rankine cycle with flooded expansion and internal regeneration | |
| SU645618A3 (en) | Method of cooling and condensing natural gas | |
| JP2015523491A5 (en) | ||
| CN105737427A (en) | One-grade self-overlaying low-temperature refrigeration circulating system using double-stage gas-liquid separator | |
| JP2013537614A (en) | Energy efficient CO2 production using single stage expansion and evaporation promotion pumps | |
| TWI516723B (en) | Method and installation for liquefying flue gas from combustion installations | |
| CN105180492B (en) | A kind of complex supercharge auxiliary twin-stage vapor compression refrigeration system and its method of work | |
| US10245527B2 (en) | Solid-liquid separation device | |
| Taslimitaleghani et al. | Energy and exergy efficiencies of different configurations of the ejector-based refrigeration systems co2 | |
| JP2018028395A (en) | Heat pump device | |
| JP6830091B2 (en) | Liquefaction of industrial gas and hydrocarbon gas | |
| CN109737623A (en) | A kind of Novel synergistic low temperature auto-cascading refrigeration system and the course of work | |
| JP2018511026A5 (en) | ||
| RU2018108052A (en) | ADVANCED METHOD AND SYSTEM FOR COOLING A HYDROCARBON FLOW | |
| JP2016531263A (en) | Heat recovery and improvement method and compressor for use in the method | |
| RU2659114C2 (en) | Heat pump operation method | |
| RU2376537C1 (en) | Carbon dioxide liquefying method | |
| CN104315741A (en) | Mixing working medium jet type refrigeration cycle system and refrigeration cycle method | |
| RU2745434C2 (en) | Absorption refrigerating machine | |
| RU2563948C2 (en) | Oil-well gas processing method | |
| JP2014190580A (en) | Direct expansion cooling device | |
| CN105650922A (en) | Cascade refrigerating circulating system coupled with injector | |
| NL2019397B1 (en) | Method for operating a sorption system having a main circuit and an additional circuit for generating cold |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190803 |